Разработка и исследование методов синтеза таблиц расписаний для сетей авионики с временным мультиплексированием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Коробков Илья Леонидович

• Коробков Илья Леонидович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Коробков Илья Леонидович

Оглавление

Реферат

Synopsis

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ МЕЖМАШИННЫХ ОБМЕНОВ В КСВМ ВС

1.1. Назначение и возможности современных КСВМ ВС

1.2. Функциональные требования к КСВМ ВС

1.3. Формализация процесса приоритетной передачи данных

1.4. Анализ известных подходов к планированию межмашинных обменов в КСВМ ВС

1.5. Постановка задачи исследования в специфике КСВМ ВС

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ МЕЖМАШИННЫХ ОБМЕНОВ В КСВМ ВС

2.1 Метод планирования обмена для терминальных узлов

2.1.1 Условия существования корректной таблицы расписаний

2.1.2 Общее описание метода планирования обменов для терминальных узлов

2.1.3 Определение длительности эпохи и тайм-слотов

2.1.4 Проверка условий существования корректной таблицы расписаний

2.1.5 Определение наличия конфликтных трафиков

2.1.6 Планирование трафиков терминальных узлов

2.2 Метод планирования обменов на маршруте передачи

2.2.1 Условия существования корректных таблиц расписаний на маршруте передачи

2.2.2 Общее описание разработанного метода

2.2.3 Планирование трафиков на маршруте передачи

2.2.4 Генетический алгоритм планирования

2.3 Выводы

ГЛАВА 3. МЕТОД ПРОВЕРКИ КОРРЕКТНОСТИ ТАБЛИЦ РАСПИСАНИЙ . 136 3. 1 Общее описание разработанного метода

3.2 Применение метода для КСВМ ВС 1 класса

3.3 СМО для оценки подрасписания

3.3.1 Размеченный граф состояний СМО

3.3.2 Уравнения равновесия

3.3.3 Расчет среднего времени передачи пакета

3.3.4 Расчет максимального времени передачи пакета

3.4 Применение метода для КСВМ ВС 2 класса

3.4.1 Особенности применения

3.4.2 Расчет среднего времени передачи пакета

3.4.3 Расчет максимального времени передачи пакета

3.5 Выводы

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ

4.1 Инструмент планирования межмашинных обменов в КСВМ ВС

4.2 Вычислительные эксперименты

4.2.1 Методика проведения экспериментов

4.2.2 Анализ метода проверки корректности таблиц расписаний

4.2.3 Анализ методов планирования информационных обменов

4.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. БЛОК-СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ МЕТОДА

ПЛАНИРОВАНИЯ ОБМЕНОВ ДЛЯ ТЕРМИНАЛЬНЫХ УЗЛОВ КСВМ ВС

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ВЫЧИСЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПЕРЕДАЧИ СИМВОЛА ДАННЫХ

Б. 1 Вычисление времени передачи символа днных через выходной порт узла

отправителя

Б.2 Вычисление времени передачи символа данных через коммутатор

Б.3 Вычисление времени передачи символа данных через входной порт узла

получателя

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ПРОВЕРКИ

КОРРЕКТНОСТИ ТАБЛИЦ РАСПИСАНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ОПИСАНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ

ИНСТРУМЕНТА ПЛАНИРОВАНИЯ GST

Г. 1 Описание структуры файла с входными данными

Г.2 Пример содержимого файла с входными данными

Г.3 Описание структуры файла с выходными данными

Г.4 Пример содержимого файла с выходными данными

Г.5 Описание графического интерфейса для задания входных данных

Г.6 Диагностические сообщения для корректировки входных данных

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ОЦЕНКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЛОЖНОСТИ

РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ

Д. 1 Оценка вычислительной сложности метода планирования

информационных обменов для терминальных узлов КСВМ ВС 1 класса

Д.2 Оценка вычислительной сложности метода проверки корректности

таблиц расписаний

Д.3 Оценка вычислительной сложности метода планирования

информационных обменов на маршруте передачи данных КСВМ ВС 2 класса

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. АКТ ВНЕДРЕНИЯ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методов синтеза таблиц расписаний для сетей авионики с временным мультиплексированием»

Реферат

Общая характеристика диссертации

Актуальность темы. Технологическое развитие привело к росту интенсивности информационных обменов во встроенных вычислительных системах (ВС) летательных аппаратов (ЛА) с интегрированной модульной авионикой (ИМА), базирующейся на открытой сетевой архитектуре. Логико-информационное межмашинное взаимодействие в ВС осуществляется с использованием технологии компьютерных сетей с временным мультиплексированием (КСВМ). Вычислительные машины (терминальные узлы) посредством коммутаторов и проводных каналов связи объединены в вычислительную среду. Обеспечивается детерминизм по времени доставки пакетов между узлами, означающий, что максимальное время передачи пакетов не должно превышать временных ограничений, заданных разработчиками. Традиционный подход основан на двух механизмах обеспечения качества обслуживания ^оБ) передачи пакетов «Планирование» и «Приоритеты» в сочетании с резервированием канальных ресурсов путем ограничения использования пропускной способности каналов связи (ОПК).

Механизм «Планирование» РоБ представляет собой обмен пакетами с множественным доступом вычислительных устройств к каналам связи в режиме разделения по времени, позволяющим избежать коллизии доступа к канальным ресурсам. Составляется расписание, состоящее из временных интервалов (тайм-слотов), в течение которых разрешено или запрещено передавать данные. Совокупность расписаний образует таблицу расписаний. Согласно механизму «Приоритеты» РоБ в общем случае с потоком передающейся в КСВМ ВС информации ассоциируется приоритет. Информация с высоким приоритетом, обусловленным степенью значимости данных, передается в первую очередь, что исключает длительные задержки передачи пакетов.

В современных и перспективных КСВМ ВС активно применяются проводные стандарты, ориентированные на простоту и компактность реализации, минимальное энергопотребление с возможностью восстановления после сбоев, обеспечивающие минимальные задержки и встроенную передачу системных кодов. Таким требованиям отвечают стандарты, использующие сквозную маршрутизацию, которая позволяет упростить процесс передачи, не ограничивать размеры данных и не использовать полную буферизацию в промежуточных звеньях. Примерами таких стандартов

являются стандарты на основе 1ЕЕЕ-1355, к которым относятся SpaceWire, GigaSpaceWire и SpaceFibre (SpaceWire-RT). Такие системы имеют распределенную архитектуру и могут быть разделены на два класса по способу передачи:

- дейтаграммная передача пакетов со сквозной маршрутизацией пакетов (SpaceWire, GigaSpaceWire c транспортными протоколами СТП-ИСС, SpaceWire-D, SpaceWire-T);

- передача пакетов по виртуальным каналам (SpaceFibre, SpaceWire-RT c транспортным протоколом STP-2(ESDP)).

Специфика КСВМ ВС с дейтаграммной передачей пакетов состоит в том, что механизмы «Планирование» с расписанием и «Приоритеты» QoS присутствуют только на терминальных узлах на транспортном уровне, таблица расписаний строится для терминальных узлов и используется для передачи пакетов с фиксированными приоритетами. Применяется сквозная (в ряде источников литературы используется термин «на лету», в английской - «^огшЬо^») маршрутизация пакетов, заключающаяся в передаче пакета без полной промежуточной буферизации. Пока пакет полностью не будет передан по участку маршрута, другой пакет по нему не передается.

Специфика КСВМ ВС с передачей пакетов по виртуальным каналам заключается в том, что пакеты передаются в виде последовательности кадров по одному и тому же виртуальному каналу (ВК), имеющемуся в каждом устройстве передачи данных по маршруту следования. Механизмы «Планирование» с таблицей расписаний и «Приоритеты» QoS присутствуют в ВК, передающих кадры, таблица расписаний используется для передачи кадров на канальном уровне, ВК имеют динамический приоритет, связанный с ограничением использования пропускной способности канала связи. Допускается чередование кадров одного пакета с кадрами других.

КСВМ ВС обоих классов имеют общую специфику: может присутствовать трафик, пакеты которого выдаются в любой тайм-слот, а также имеются технические ограничения на длительность расписаний, тайм-слотов и их количество, обусловленные особенностями аппаратно-программных ресурсов устройств.

Спецификации КСВМ ВС не регламентируют подходы к построению таблиц расписаний. При этом планирование обменов относится к категории КР-трудных задач, требующих значительного времени для поиска решения, что негативно увеличивает временные затраты при организации КСВМ ВС.

В связи с этим, актуальной является научная задача исследования и разработки методов, обеспечивающих повышение эффективности синтеза таблиц расписаний информационных обменов для рассматриваемых КСВМ ВС авионики по показателю времени поиска решения в виде таблиц расписаний.

Разработанность темы исследования. Исследования аспектов планирования информационных обменов относятся к категории существующих проблем теории расписаний в приложении к КСВМ ВС, в решение которых внесли существенный вклад отечественные ученные Танаев В.С., Барский А.Б., Шкурба В.В., Шафранский В.С., Никифоров В.В., Зеленов С.В., Третьяков А.В. Среди зарубежных ученых, внесших значительный вклад, можно отметить Bruker P., Kampmeyer T., Liu C.L., Layland J., Bruggen G., Chen J.J, Huang W.H., Davis R., Zabos.A., Burns A., Mohammadi A. В настоящее время в открытой литературе известны программные инструменты, ориентированные на планирование информационных обменов в КСВМ ВС со сквозной маршрутизацией пакетов. Можно перечислить такие, как: Configuration Table Generator, TDMA Network Scheduler, работающие по следующим методам и алгоритмам: планирование с ограничениями, циклическое планирование, ликвидное планирование, эвристическая раскраска графа на основе алгоритма D.Marx. Достигнутые исследователями результаты ориентированы на разработку методов и средств планирования информационных обменов в системах со сквозной маршрутизацией пакетов. Однако такие средства применимы, когда от одного источника выдаются потоки данных одинакового приоритета и для них можно выделить отдельные тайм-слоты, но рассматриваемые в данной работе КСВМ ВС имеют более сложную специфику, представленную выше. Таким образом, проблема планирования информационных обменов со сквозной маршрутизацией пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах и в КСВМ ВС с виртуальными каналами и динамическими приоритетами исследована сегодня не в полной мере.

Объектом диссертационного исследования являются ВС интегрированной модульной авионики, построенные с использование технологии КСВМ со сквозной маршрутизацию пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах, а также ВС на основе КСВМ с виртуальными каналами обмена с динамическими приоритетами на маршруте передачи пакетов.

Предметом диссертационного исследования являются методы и алгоритмы планирования информационных обменов в КСВМ ВС, использующих сквозную

маршрутизацию пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах, а также в КСВМ ВС с виртуальными каналами обмена с динамическими приоритетами на маршруте передачи пакетов.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности синтеза таблиц расписаний сетей вычислительных систем авионики с временным мультиплексированием на основе разработки и исследования новых методов планирования информационных обменов.

Задачи диссертационного исследования:

1. Анализ существующих методов и алгоритмов планирования межмашинных обменов, удовлетворяющих требованиям специфики КСВМ ВС.

2. Разработка метода планирования обменов для терминальных узлов КСВМ ВС, использующих сквозную маршрутизацию пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах.

3. Разработка метода планирования обменов на маршруте передачи пакетов в КСВМ ВС, использующих виртуальные каналы обмена с динамическими приоритетами.

4. Разработка метода проверки корректности таблиц расписании, необходимых для организации и взаимодействия КСВМ ВС с детерминированными по времени межмашинными обменами.

5. Проведение серии вычислительных экспериментов методами компьютерного моделирования для исследования эффективности предложенных методов.

Научной новизной обладают следующие результаты диссертационного исследования:

1. Сформулированы и доказаны необходимые условия существования корректной таблицы расписаний по максимальному времени передачи пакетов в КСВМ ВС, характеризующихся сквозной маршрутизацией пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах, и сформулированы и доказаны необходимые условия для КСВМ ВС, характеризующихся виртуальными каналами с динамическими приоритетами на маршруте передачи данных.

2. Метод планирования информационных обменов для терминальных узлов КСВМ ВС, который в отличие от известных учитывает особенности фиксированных приоритетов выдачи пакетов на терминальных узлах, позволяет назначать трафики на один и тот же тайм-слот с обеспечением передачи пакетов в пределах допустимого

временного ограничения и учитывает наличие других обменов, занимающих канальные ресурсы.

3. Метод планирования информационных обменов на маршруте передачи пакетов в КСВМ ВС, отличающийся возможностью распределять канальные ресурсы в вычислительных устройствах на маршруте, поддерживающих передачу пакетов по виртуальным каналам обмена и расписанию с учетом динамических приоритетов, связанных с ограниченной пропускной способностью каналов связи.

4. Аналитическая модель системы массового обслуживания (СМО), отличающаяся от известных учетом специфики передачи пакетов с разбиением на кадры по виртуальным каналам с динамическим изменением приоритетов, связанным с ограничением использования пропускной способности канала связи.

5. Метод проверки корректности таблиц расписаний. Отличие метода от известных связано с использованием разработанной СМО, учитывающей специфику КСВМ обоих классов, и учетом передачи данных по таблицам расписаний с максимальным ожиданием освобождения канальных ресурсов на маршруте следования пакетов.

Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в разработке новых методов, обеспечивающих повышение эффективности построения таблиц расписаний и использующихся для организации взаимодействия вычислительных систем авионики, построенных с использование технологии компьютерных сетей с временным мультиплексирование.

Практической значимостью обладают следующие результаты диссертационного исследования:

1. Алгоритмы, реализованные в виде блок-схем, позволяющие планировать информационные обмены в КСВМ ВС, поддерживающих обмен пакетами со сквозной маршрутизацией и фиксированными приоритетами на терминальных узлах.

2. Набор программных средств, защищенных правоохранными документами на результаты интеллектуальной деятельности, обеспечивающий диагностику функционирования КСВМ ВС в части проверки корректности таблиц расписаний по максимальному времени передачи пакетов, и при необходимости, осуществляющий синтез таблиц расписаний. Также, ПО позволяет проводить исследования и моделирование дискретных процессов обмена данными в КСВМ ВС со сквозной маршрутизацией пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах и в

КСВМ ВС с виртуальными каналами обмена с динамическими приоритетами.

Научные результаты внедрены в АО «ОКБ «Электроавтоматика», Санкт-Петербург. Результаты диссертации получены при выполнении научно-исследовательского проекта в рамках работ по госзаданию Минобрнауки РФ №8.4048.2017/ПЧ (контракт №089-2Д от 15.02.2017).

Для решения задач диссертационной работы использовалась методология и методы исследования, основанные на теории систем, теории расписаний с элементами теории массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики, методы имитационного моделирования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод планирования информационных обменов для терминальных узлов КСВМ ВС со сквозной маршрутизацией пакетов с фиксированными приоритетами на основе ограниченного поиска с возвратом, позволяющий повысить эффективность построения таблиц расписаний по сравнению с ближайшим по набору учитываемых параметров известным методом эвристической раскраски графа.

2. Метод планирования информационных обменов на маршруте передачи пакетов в КСВМ ВС с виртуальными каналами и динамическими приоритетами, основанный на использовании генетического алгоритма для ограниченного количества портов устройств и позволяющий повысить эффективность построения таблиц расписаний по сравнению с применяющимся на практике методом исчерпывающего поиска.

3. Метод проверки корректности таблиц расписаний на основе разработанной СМО для процесса приоритетного обслуживания данных в КСВМ ВС, отличающийся учетом максимального ожидания освобождения канальных ресурсов на маршруте следования пакетов и таблиц расписаний, и позволяющий оценить максимальное время передачи пакетов.

Личный вклад соискателя в диссертационное исследование и в работы, выполненные с соавторстве, состоит в углубленном анализе существующих научно-технических решений по проблемам организации взаимодействия встроенных вычислительных систем и синтезе новых методов построения таблиц расписаний в КСВМ ВС, поддерживающих сквозную маршрутизацию пакетов с фиксированными приоритетами на терминальных узлах, и в КСВМ ВС с виртуальными каналами обмена с динамическими приоритетами, включая разработанный метод проверки

корректности таблиц расписаний, ПО диагностики КСВМ ВС в части проверки соответствия максимального времени передачи пакетов временным ограничениям и имитационные модели. Результаты, представленные в диссертации, принадлежат автору.

Вклад Жаринова И.О. заключается в общем научном руководстве исследования.

В работах «SDL и SystemC моделирование коммуникационного протокола SpaceWire-RT», «SpaceWire-RT standard simulation models» автором представлена сетевая имитационная модель SpaceWire-RT на языке SystemC/C++ и результаты проведения экспериментов передачи данных. Оленевым В.Л. и Лавровской И.Я. выполнена валидация механизмов SpaceWire-RT, SDL моделирование и определение архитектуры модулей моделей.

В работах «Разработка транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых сетей SpaceWire», «Second Revision of STP-ISS transport protocol for on-board SpaceWire networks» автором представлена имитационная сетевая модель СТП-ИСС и проведена модификация модели SpaceWire, выполнены вычислительные эксперименты. Шейнин Ю.Е. сформулировал общую характеристику проблематики синтеза таблиц расписаний для модульно-распределенных ВС. Оленевым В.Л. и Лавровской И.Я. выполнено общее сравнение протоколов, SDL верификация и дизайн референс кода. Кочура С.Г, Опенько С.И. и Дымов Д.В, описали особенности и требования к механизмам QoS протокола СТП-ИСС.

В работе «Исследование стандарта SpaceFibre при применении технологии виртуального прототипирования» автором рассмотрена проблематика функционирования КСВМ ВС 2 класса, в частности - недозагруженные тайм-слоты в таблице расписаний и предложено решение, выполнен дизайн и разработка модели SpaceFibre на базе модели SpaceWire-RT, проведены эксперименты и представлен анализ результатов. Шейниным Ю.Е., Суворовой Е.А. и Матвеевой Н.А. рассмотрена технология TLM 2.0, VSP Cadence, определена структура прототипа сетевого контроллера, организационное и техническое обеспечение экспериментов.

В работе «Scheduling mechanisms for SpaceWire networks» автором проведено теоретический и экспериментальный анализ функционирования КСВМ ВС 1 класса и руководство реализацией механизма TDMA в модель СТП-ИСС. Разживиным Д. выполнен обзор литературы для TTEthernet сетей и др. смежных. Оленев В.Л. и Лавровская И.Я. разработали механизм TDMA для СТП-ИСС. Подгорнова Е.С.

осуществила реализацию TDMA в модели СТП-ИСС на SystemC/C++.

В работе «Research and analysis of flow control mechanism for transport protocols of the SpaceWire onboard networks» автор руководил разработкой механизма управления потоком в модель СТП-ИСС. Оленев В.Л., Лавровская И.Я. и Синёв Н.И. выполнили концептуальную разработку механизма управления потоком. Синёв Н.И. реализовал механизм в модели СТП-ИСС на SystemC/С+Ф под руководством автора.

В работе «SpaceFibre Based on-board networks for real-time video data streams» автором выполнен теоретичиский и экспериментальный анализ функционирования КСВМ ВС 2 класса на основе SpaceFibre и составлена методика проведения экспериментов. Хахулиным А.А., Орловским И.В., Шейниным Ю.Е., Оленевым В.Л. и Лавровской И.Я. рассмотрены общие аспекты вычислительных систем и описаны механизмы QoS SpaceFibre. Суворовой Е.А. обеспечено техническое проведение экспериментов, обработка результатов и уточнены параметры трафиков.

В работе «Streaming services over SpaceFibre networks: SpaceWire networks and protocols, long paper» автором выполнен теоретичиский и экспериментальный анализ функционирования КСВМ ВС 1 и 2 классов в части обзора протокольных механизмов. Шейниным Ю.Е., Оленевым В.Л. и Суворовой Е.А. описана общая проблематика и уточнено описание STP-2.

В работе «Scheduling-Table's Design for STP-ISS Transport Protocol» автором предложен метод планирования информационных обменов для терминальных узлов КСВМ ВС 1 класса со сквозной маршрутизацией и фиксированными приоритетами и методика экспериментов. Чумаковой Н.Ю. осуществила техническое обеспечение экспериментов.

В работе «Hierarchical Simulation of Onboard Networks» автором определена методика вычислительных экспериментов ПО SANDS для моделирования межмашинных обменов в КСВМ ВС и выполнялось руководство исследования и обработка результатов. Оленевым В. Л. и Лавровской И.Я. описана проблематика и выполнен первичный обзор систем моделирования. Автором обзор был уточнен. Синёв Н.И. обеспечил техническое выполнение экспериментов.

В работе «SANDS tool for design and simulation of onboard networks» автором представлен уточненный метод планирования информационных обменов для терминальных узлов КСВМ ВС 1 класса и приведен пример работы ПО SANDS в части

диагностики КСВМ ВС на соответствие максимального времени передачи пакетов заданным временным ограничениям, включая синтез таблиц расписаний. Оленевым В.Л., Синёвым Н.И. и Чумаковой Н.Ю. описаны алгоритмы оценки отказоустойчивости топологии КСВМ ВС, построения машрутов и приведены примеры их функционирования.

В работе «SpaceFibre Virtual Channels Behavior under Control Stimuli» автором выполнен теоретический и экспериментальный анализ функционирования КСВМ ВС 2 класса в части передачи кадров по таблицам расписаний, описан алгоритм работы виртуальных каналов и конечный автомат их функционирования. Гурьяновым А.В. и Шукаловым А.В. описаны аспекты организации и взаимодействия КСВМ ВС на уровне механизмов SpaceFibre с виртуальными каналами обмена и динамическими приоритетами. Коробковым Д.В. осуществлялось техническое обеспечение экспериментов.

Достоверность научных результатов диссертационного исследования подтверждается корректным использованием математического аппарата теории систем, теории расписаний с элементами теории массового обслуживания, методами имитационного моделирования позволившим разработать модели обмена данными, адекватные информационным процессам обмена в КСВМ ВС, и моделированием трафиков, задействующих при передаче пакетов фиксированные приоритеты на терминальных узлах и сквозную маршрутизацию, а также виртуальные каналы с динамическими приоритетами, и успешным внедрением предложенных методов в промышленность.

Апробация результатов диссертационного исследования. Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на профильных научных конференциях: 11th Conference of Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications (FRUCT) (23-27 апреля 2012 г., Санкт-Петербург, ГУАП, РФ); 13th Conference of Open Innovations Association Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications (FRUCT) (22-26 апреля 2013 г., г. Петрозаводск, Петрозаводский государственный университет, РФ); III ВНТК «Теоретические и практические аспекты развития отечественного авиастроения» (14 ноября 2014 г., г. Ульяновск, Ульяновский государственный технический университет; РФ); 17th Conference Open Innovations Association FRUCT (20-24 апреля 2015 г., г. Ярославль, Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова, РФ); 19th Conference Open Innovations Association

Finnish-Russian University Cooperation in Telecommunications (7-11 ноября 2016 г., г. Ювяскюля, Университет Ювяскюля, Финляндия); 7th International SpaceWire Conference (25-27 октября 2016 г., г. Иокогама, Япония); 22th Conference Open Innovations Association FRUCT (15-18 мая 2018 г., г. Ювяскюля, Университет Ювяскюля, Финляндия); Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2018) (26-30 ноября 2018 г., Санкт-Петербург, ГУАП, РФ); WECONF 2019 (3-7 июня 2019 г., Санкт-Петербург, ГУАП, РФ); The 13th International Symposium on Intelligent Distributed Computing (IDC 2019) (7-10 октября 2019 г., Санкт-Петербург, РФ); WECONF 2021 (31 мая-04 июня 2021 г., Санкт-Петербург, ГУАП, РФ); 28th Conference Open Innovations Association FRUCT (27-29 января 2021, г. Москва, Московский технический университет связи и информатики, РФ); семинары Университета ИТМО 2021-2022.

Публикации по теме диссертационной работы. По материалам диссертационного исследования опубликовано 17 научных работ, в том числе 4 научных в журналах, включенных в Перечень российских рецензируемых научных журналов ВАК, 13 научных статей в реферируемых изданиях, индексируемых международной базой Scopus. Получено 3 авторских свидетельств на результаты интеллектуальной деятельности (программы для ЭВМ).

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует следующим пунктам паспорта специальности 2.3.2 «Вычислительные системы и их элементы»: п.4, п.7, п.8.

Объем и структура рукописи диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 207 страницах, включает введение, четыре главы с выводами, заключение и список литературы, насчитывающий 141 наименование. В текст рукописи диссертации введены 37 рисунков и 13 таблиц. Рукопись диссертации дополнена 7 приложениями, включающими копию акта внедрения.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Коробков Илья Леонидович

Заключение

В статье описывается новый коммуникационный протокол SpaceWire-RT и его валидация посредством SDL и SystemC моделей. В ходе моделирования были найдены несоответствия в спецификации и предложены дополнительные механизмы для их устранения. Новая версия стандарта SpaceWire-RT находится на этапе разработки и основывается на результатах данного моделирования. Последние новости и результаты проекта доступны по адресу http://www.spacewire-rt.org.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Коробков Илья Леонидович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чернышов В. А., Оводенко А. А., Буков В. Н., Шейнин Ю. Е., Шурман В. А., Боблак И. В. Опыт создания технологии проектирования и производства информационно-вычислительной среды для комплексов авиационного бортового оборудования на основе концепций интегрированности, модульности и необслуживаемости // Вестн академии военных наук 2012. № 3(40) С 132—138.

2. Стратегическая программа исследований и разработок, Технологическая платформа „Авиационная мобильность и авиационные технологии" Ч. L 20^ 155 а

3. Аваканян А. А. Унифицированная интерфейсно-вычислительная платформа для систем интегральной модульной авионики // Электронный журнал „Труды МАИ" 20^ Вып 65. С 1—^

4. Новиков В. М., Платошин Г. А., Шейнин Ю. Е. Особенности применения интерфейса SpaceWire в комплексах бортового оборудования // Труды ГосНИИАС Вопросы авионики 20^ Вып 7(40) С 41—55.

5. Озеров Е. В., Савченко А. Ю., Кривцов В. А. Сетевые протоколы, применяемые в системах бортового оборудования летательных аппаратов // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработка Сб. дока VI МНПК „АВИАТОРА 201^ С 192—194,

6. Яблоков Е. Н., Шейнин Ю. Е., Суворова Е. А, Солохина Т. В., Глушков А. В., Алексеев И. Н. Гигабитные каналы в сетях SpaceWire // Вопросы радиоэлектроники. 20^ Т 1, № 2. С 24—36.

Gibson D., Parkes S., McClements C., Mills Gibson S. SpaceWire-D prototype and demonstration system: Networks & protocols, long paper // 2016 Intern SpaceWire Conf 20^ Р. 298—304.

8. Parkes S., Ferrer A. SpaceNet - SpaceWire-T initial protocol definition (А3,1), Dundee, 2009. 83 p,

9, Freeman R. L. Fundamentals of telecommunications. John Wiley & Sons, Ina, 20^ 704 p,

10, Knudsen P., Madsen J, Integrating communication protocol selection with hardware/software codesign // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 1999. Vol 18, N 8. Р. 1077—1095.

1L Renner F.-M, Automated Communication Synthesis for Architecture-Precise Rapid Prototyping of Real-Time Embedded Systems // Proceedings of the International Workshop on Rapid System Prototyping (RSP-2000) February 2000. P. 154—159, DOI:10,1109/IWRSP,2000,855215,

^ Кудрявцева Е. Н., Росляков А. В. Базовые принципы и перспективы использования теории сетевого исчисления (Network Calculus) // Инфокоммуникационные технологии 20^ Т 11, № 3. С, 34—39.

13, Yablokov E. N. Application of queueing theory to the analysis of GigaSpaceWire protocol // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication (WECONF). 2020. Р. 9131460.

^ Яблоков Е. Н. Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей аппаратов: Автореф. дис ...канд. техп наук СПб, 2018, 140 с

15. TTEPlan, TTEthernet/AFDX® network planning tool [Электронный ресурс]: <https://www.tttech.com/ products/products/aerospace/development-test-vv/development-tools/tte-plan>.

16. Буздалов Д. В., Зеленов С. В., Корныхин Е. В., Петренко А. К., Страх А. В., Угненко А. А., Хорошилов А. В. Инструментальные средства проектирования систем интегрированной модульной авионики // Труды Института системного программирования РАН. 2014. Т. 26, № 1. С. 201—230.

17. Jianru H., Xiaomin C., Huixi S. An OPNET Model of SpaceWire and Validation // Proc. 2012 Intern. Conf. on Electronics, Communications and Control. Zhoushan, 2012. P. 792—795.

18. Leeuwen B., Eldridge J., Leemaster J. SpaceWire Model Development Technology for Satellite Architecture // Sandia Report, Sandia National Laboratories. 2011. 30 p.

19. Mirabilis Design, Mirabilis VisualSim data sheet. 2003. 4 p.

20. Leoni A., Nannipieri P., Davalle D. et al. SHINe: Simulator for Satellite on-Board High-SpeedNetworks Featuring SpaceFibre and SpaceWire Protocols // Aerospace. 2019. Vol. 6, N 4. 43 p.

21. Dellandrea B., Gouin B., Parkes S., Jameux D. MOST: Modeling of SpaceWire & SpaceFibre Traffic-Applications and Operations: On-Board Segment // Proc. of DASIA 2014 Conf. Warsaw, 2014.

22. Schmitt J., Bondorf S., Poe W. Y. The Sensor Network Calculus as Key to the Design of Wireless Sensor Network with Predictable Performance // Sensor and Actuator Networks. 2017. Vol. 6. P. 21—30.

23. Dang D.-H. Ahlem M. Timing Analysis of TDMA-based Networks using Network Calculus and Integer Linear Programming // IEEE 22nd Intern. Symp. on Modelling, Analysis & Simulation of Computer and Telecommunication Systems. 2014. P. 21—30.

24. Homomenko A. D., Starobinets D. Y., Lohvitskiy V. А. Model for assessing operational efficiency of the on-board control complex for spacecraft for remote sensing of Earth // St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of Russian Academy of Sciences. 2016. N3(46). P. 49—64.

25. Korobkov I. L. Queuing system for the SpaceFibre standard // Proc. of 22th Conf. of FRUCT association. 2018. Р. 79—87.

26. Sadowsky J. S., Szpankowski W. Maximum queue length and waiting time revisited. Purdue: Department of computer science, 1991. 17 p.

27. Taylor J. R. An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements University Science Books. 1997. 327 p.

Сведения об авторе

Илья Леонидович Коробков — магистр; Университет ИТМО, факультет безопасности информаци-

онных технологий; соискатель; E-mail: [e-mail]

Поступила в редакцию 12.11.2021; одобрена после рецензирования 03.12.2021; принята к публикации 30.12.2021.

REFERENCES

1. Chernyshov V.A., Ovodenko А.А., Bykov V.N., Sheynin Y.E., Shurman V.A., Boblak I.V. Proc. of Academy of Military Sciences, 2012, no. 3(40), pp. 132-138. (in Russ.)

2. Strategicheskaya programma issledovaniy i razrabotok, Tekhnologicheskaya platforma "Aviatsionnaya mobil'nost' i aviatsionnyye tekhnologii" (Strategic Research and Development Program, Technological Platform "Air Mobility and Aviation Technologies"), Pt. 1, 2015, 155 p. (in Russ.)

3. Avakanyan А.А. Electronic journal "Proceedings of MAI", 2013, is. 65, pp. 1-15. (in Russ.)

4. Novikov V.M., Platoshin G.A., Sheynin Y.E. Proceedings of GosNIIAS. Avionics issues, 2018, no. 7(40), pp. 41-55. (in Russ.)

5. Ozerov E.V., Savchenko A.Y., Krivtsov V.A. Aktual'nyye voprosy issledovaniy v avionike: teoriya, obsluzhivaniye, razrabotki (Actual Research Issues in Avionics: Theory, Maintenance, Development), Proc. of VI ISPC "AVIATOR", 2019, pp. 192-194. (in Russ.)

6. Yablokov E.N., Sheynin Y.E., Suvorova Е.А, Solohina T.V., Glushkov A.V., Alekseev I.N. Questions of Radio Electronics, 2012, no. 2(1), pp. 24-36. (in Russ.)

7. Gibson D., Parkes S., McClements C., Mills Gibson S. 2016 International SpaceWire Conference, 2016, рр. 298-304.

8. Parkes S., Ferrer A. SpaceNet - SpaceWire-Tinitial protocol definition (А3.1), Dundee, 2009, 83 p.

9. Freeman R.L. Fundamentals of telecommunications, Wiley, John Wiley & Sons, Inc., 2013, 704 p.

10. Knudsen P., Madsen J. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 1999, no. 8(18), pp. 1077-1095.

11. Renner F-M. Proceedings of the International Workshop on Rapid System Prototyping, 2000, рр. 154-159, D0l:10.1109/IWRSP.2000.855215.

12. Kudryavtseva Е.Ы., Roslyakov А.У. Infocommunication technologies, 2013, no. 3(11), pp. 34-39.

13. Yablokov E.N. Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication, (WECONF), 2020, р. 9131460.

14. Yablokov E.N. Metody issledovaniya i razrabotki setevykh kontrollerov kanal'nogo urovnya dlya vysokoskorostnykh bortovykh vychislitel'nykh setey apparatov (Research and Development Methods for Network Data Link Controllers for High-Speed On-Board Computer Networks), Extended abstract of candidate's thesis, St. Petersburg, 2018, 140 p. (in Russ.)

15. TTEPlan, TTEthernet/AFDX network planning tool, https://www.tttech.com/products/products/aerospace/ development-test-vv/development-tools/tte-plan.

16. Buzdalov D.V., Zelenov S.V., Kornykhin E.V., Petrenko A.K., Strakh A.V., Ugnenko A.A., Khoroshilov A.V. Proc. of the Institute for System Programming of the RAS, 2014, no. 1(26), pp. 201-230. (in Russ.)

17. Jianru H., Xiaomin C., Huixi S. Proc. 2012 International Conference on Electronics, Communications and Control, Zhoushan, 2012, pp. 792-795.

18. Leeuwen B., Eldridge J., Leemaster J. SpaceWire Model Development Technology for Satellite Architecture, Sandia Report, Sandia National Laboratories, 2011, 30 p.

19. Mirabilis Design, Mirabilis VisualSim data sheet, 2003, 4 p.

20. Leoni A., Nannipieri P., Davalle D. et al. Aerospace, 2019, no. 4(6), pp. 43.

21. Dellandrea B., Gouin B., Parkes S., Jameux D. Proceedings of DASIA 2014 conference, Warsaw, 2014.

22. Schmitt J., Bondorf S., Poe W.Y. Sensor and Actuator Networks, 2017, vol. 6, pp. 21-30.

23. Dang D.-H., Ahlem M. IEEE 22nd International Symposium on Modelling, Analysis & Simulation of Computer and Telecommunication Systems, 2014, pp. 21-30.

24. Homonenko A.D., Starobinets D.Yu., Lokhvitsky V.A. Trudy SPIIRAN (SPIIRAS Proceedings), 2016, no. 3(46), pp. 49-64. (in Russ.)

25. Korobkov I.L. Proc. of 22th conference of FRUCT association, 2018, рр. 79-87.

26. Sadowsky J.S., Szpankowski W. Maximum queue length and waiting time revisited, Purdue, Department of computer science, 1991, 17 p.

27. Taylor J.R. An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Measurements University Science Book, 1997, 327 p.